Számos kőzet és szervezet tartalmaz radioaktív izotópokat, például az U-235 és a C-14. Ezek a radioaktív izotópok instabilak, és idővel kiszámítható sebességgel bomlanak. Az izotópok bomlásakor részecskéket adnak le a magjukból, és más izotóppá válnak. Az eredeti izotóp az eredeti instabil izotóp, a leányizotópok pedig a bomlás stabil terméke. A felezési idő az az idő, amely alatt a szülő izotópok fele elbomlik. A bomlás logaritmikus skálán történik. Például a C-14 felezési ideje 5730 év. Az első 5730 évben a szervezet elveszíti C-14 izotópjainak felét. További 5 730 év múlva a szervezet elveszíti a fennmaradó C-14 izotópok további felét. Ez a folyamat az idő múlásával folytatódik, a szervezet 5 730 év alatt elveszíti a fennmaradó C-14 izotópok felét.
Az ősmaradványokat ugyanazon rétegekből származó kőzetekkel együtt gyűjtik össze. Ezeket a mintákat gondosan katalogizáljuk és tömegspektrométerrel elemezzük. A tömegspektrométer képes információt adni a kőzetben található izotópok típusáról és mennyiségéről. A tudósok megtalálják a szülő izotóp és a lány izotóp arányát. Ha ezt az arányt összehasonlítjuk a szülő izotóp felezési idejének logaritmikus skálájával, képesek megtalálni a kérdéses kőzet vagy kövület korát.
Számos olyan radioaktív izotóp létezik, amelyeket kőzetek, műtárgyak és kövületek datálásához használnak. A leggyakoribb az U-235. Az U-235 számos magmás kőben, talajban és üledékben található. Az U-235 a Pb-207-re bomlik, felezési ideje 704 millió év. Hosszú felezési ideje miatt az U-235 a legjobb izotóp a radioaktív datáláshoz, különösen az idősebb kövületek és kőzetek esetében.
A C-14 egy másik radioaktív izotóp, amely C-12-re bomlik. Ez az izotóp minden élő szervezetben megtalálható. Miután egy szervezet meghal, a C-14 bomlani kezd. A C-14 felezési ideje azonban csak 5730 év. Rövid felezési ideje miatt a mintában lévő C-14 izotópok száma elhanyagolható körülbelül 50 000 év után, ami lehetetlenné teszi a régebbi minták datálásához való felhasználást. A C-14-et gyakran használják az emberi tárgyak keltezésére.